Ni3S2的形貌控制及其超电容性能的研究

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超级电容器是一种可以解决目前环境污染的新型绿色能源储能设备,其具有很高的功率密度和循环稳定性。超级电容器可以优化电池和介电电容器之间的能量和功率密度差距,它可以用于能源/电力供应系统,混合动力汽车,便携式电子设备等领域。超级电容器性能的好坏主要取决于其电极材料的制备与形貌控制,其中Ni3S2具有很高的电导率和理论比电容,它是优异的超级电容器的电极材料。然而,普通Ni3S2电极的比电容很低,循环稳定性较差,限制了其在超级电容器领域的应用。为了解决这一问题,通过合理设计纳米结构的Ni3S2,可以增加反应所需的电化学活性点位,改善电极材料的结构稳定性,从而提高超级电容器的比电容和循环稳定性。具体研究内容如下:(1)使用水热方法,通过改变反应溶剂中甘油的含量制备出了不同形貌的Ni3S2电极,探究了不同的甘油含量对样品结构和形貌的影响,然后将不同的样品进行电化学的测试,分析不同样品的超电容性能,结果表明反应溶剂中的甘油含量对样品的形貌具有非常大的影响,从而影响其超电容性能。样品表面褶皱结构越多,其与电解液接触更充分,可以提供更多的活性点位,其超电容性能越好。当反应溶液中甘油/水/N-N二甲基甲酰胺的比例为2:1:1时,片状Ni3S2上的褶皱结构最多,在0.8 A·g-1的电流密度下其比电容值为736.64 F·g-1,在1000圈的循环测试后其比电容为原来的82%。(2)使用电化学沉积方法,通过改变沉积电流制备出了不同形貌的的Ni3S2电极材料,探究不同沉积电流对样品形貌、结构以及其超电容性能的影响,发现当沉积电流为30 m A时,Ni3S2样品表面全部由褶皱结构构成,此时样品的超电容性能最好,在1 A·g-1的电流密度下其比电容值为1401 F·g-1,但是其循环稳定性较差,在400次充放电测试后其比电容就已经变为原来的58%。(3)使用电化学沉积方法,通过改变电解液中NH4F浓度制备出了不同形貌的Ni3S2电极材料,探究NH4F浓度对样品形貌和结构的影响,然后将样品行电化学测试,分析样品的超电容性能。结果发现:当NH4F的浓度0.15 M时,泡沫镍上完全由一层相互交叉、有序排列的Ni3S2纳米片构成,这种相互交叉分布有序的纳米片结构可以大大提高电极材料的结构稳定性和比电容。此时,在1 A·g-1的电流密度下,其比电容可达2172 F·g-1;在电流密度为2 A·g-1,10000圈的充放电测试后,其比电容仍为原来93%。
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